Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
- Прим. перев.)-, дальнейшее обсуждение вопросов, относящихся к
применению этой ИС см. в параграфе 13.14.
12.9 Генератор, управляемый напряжением
Во многих случаях нужно дистанционно управлять частотой колебаний
генератора путем изменения напряжения. Примерами могут служить
музыкальные синтезаторы и передатчики с частотной модуляцией (FM). Пример
схемы такого генератора, управляемого напряжением (ГУН), приведен на рис.
Генератор, управляемый напряжением 361
12.16, где показан мультивибратор с задающими постоянную времени
резисторами, выведенными на линию с поступающим извне управляющим
напряжением Kontrol. Варьируя Kcontrol, можно изменять величину, к
которой стремится напряжение на конденсаторах С, и С2 при их разряде
через резисторы Л, и Щ и, следовательно, ускорить их разряд при
увеличении Коп1го|. Стоит вывести формулу, связывающую частоту колебаний
с напряжением Kcomrol. Генератор с jLC-контуром также можно сделать
генератором, управляемым напряжением, включая варикапы в состав
колебательного контура. Этот прием широко используется в генераторах
радиочастоты, но обеспечивает менее широкий диапазон перестройки.
^control
Рис. 12.16. Простой генератор, управляемый напряжением, на основе
самовозбуждающегося мультивибратора.
12.10 Фазовая автоподстройка частоты
12.10.1 Основной принцип
Иногда требуется синхронизировать частоту выходного сигнала генератора с
частотой приходящего сигнала. Это делается каждый раз когда мы
синхронизируем развертку осциллографа, чтобы получить устойчивое
изображение на экране. Фазовая автоподстройка частоты (ФАПЧ)
автоматически синхронизирует частоту и фазу ГУНа с внешним сигналом. ФАПЧ
применяется для демодуляции ЧМ-сигналов, а также для детектирования и
восстановления сигналов, спрятанных в шуме. Как правило, ФАПЧ
используется на приемном конце телевизионной системы дистанционного
управления или оптоволоконного кабеля. В автомобильном радиоприемнике
одна система ФАПЧ используется в синтезаторе частоты блока настройки, а
другая для детектирования ЧМ-сигналов. Принцип действия системы ФАПЧ
поясняет структурная схема, приведенная на рис. 12.17. Фазовый компаратор
сравнивает частоту и фазу сигнала генератора (fout) с частотой и фазой
входного сигнала (fia) и вырабатывает сигнал, пропорциональный разности
фаз, который пропускается через фильтр нижних частот. Напряжение Kontrol
с выхо-
362 Схемы с положительной обратной связью и генераторы
да фильтра изменяет частоту колебаний ГУНа до тех пор, пока разность
частот и фаз не станет равной нулю; в этой точке сигнал ГУНа
синхронизован с входным сигналом.
Демодули ро ванный выходной сигнал
Рис. 12.17. Основная схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ).
Если первоначально частота foul ниже частоты fm, то на выходе фазового
компаратора появляется положительное напряжение ^ontrol, которое
поднимает частоту foul, пока она не сравняется с частотой fin; и -
наоборот, если начальное значение fm ниже, чем foM. Если у ГУНа
зависимость частоты от напряжения линейна, то напряжение Kontro] прямо
пропорционально fm и может использоваться как выходное напряжение,
являющееся результатом демодуляции входного ЧМ-сигнала. Так работают
практически все радиоприемники ЧМ-сигнала.
12.10.2 Фазовый компаратор
Фазовый компаратор системы ФАПЧ заслуживает пристального внимания. Его
основу составляет перемножитель. На рис. 12.18 показан перемножитель с
двумя входами, на которые поданы сигналы
vjn = Fcos at
и
vcomp=Kcos((r)f + ^)
Их произведение равно:
vou. = vin х vcomp = v2 [cosw/ X cos(ft>c + ^)];
после тригонометрического преобразования получим:
V^
vout =- [c°s(2?Wf + ^) + COS^]. (12.9)
Слагаемое cos(2?wf + ф) представляет собой пульсации высокой частоты,
которые удаляются фильтром нижних частот, оставляющим на выходе фазового
компаратора
Фазовая автоподстройка частоты 363
Vcos tot
Входной О- сигнал
Аналоговый
перемножитель
^oul - I'm * I'comp
I Сравниваемый сигнал
1'соп.р = V'COSlloZ+lР)
Рис. 12.18. Фазовый компаратор.
обеспечивая соответствующую зависимость управляющего напряжения для ГУНа
от фазы.
Обычно ФАПЧ работает с фазовым сдвигом ф = 90°, то есть cosф = 0. В этой
точке увеличение разности фаз ф приводит к отрицательному корректирующему
напряжению ГУНа, а уменьшение ф вызывает появление положительного
напряжения. ФАПЧ остается в состоянии синхронизации с входным сигналом в
диапазоне ф = ±90°. При потере синхронизации генератор переходит в
свободный режим работы, и входной сигнал должен приблизиться по частоте к
частоте генератора в этом режиме (разность частот должна попадать в
полосу пропускания фильтра нижних частот), прежде чем петля ФАПЧ вновь
его захватит.
Большая постоянная времени фильтра нижних частот дает хорошее ослабление
шума и высокую стабильность частоты выходного сигнала, но уменьшает
полосу захвата и увеличивает время захвата. На практике перемножитель в
системе ФАПЧ можно заменить схемой прерывателя, который просто модулирует
